我国主要麦区麦田土壤及小麦籽粒微量元素的营养评价

作     者：褚宏欣 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王朝辉

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：小麦 土壤 铁 锰 铜 锌 硼 

摘      要：微量元素在植物和人体生长发育过程中起着不可替代的作用。全球约有30亿人由于铁、锌等微量元素摄入不足而处于“隐性饥饿状态。小麦是我国主要粮食作物,人体微量元素重要来源。明确我国主要麦区麦田土壤和小麦籽粒微量元素含量和影响因素,了解土壤微量元素供应能力,对指导小麦丰产优质生产,优化小麦微量元素营养,保障人体营养健康具有重要意义。本研究于2016-2021年在我国17个小麦主产省区采集分析收获期土壤及小麦样品,评价了我国麦田土壤有效铁锰铜锌丰缺状况;参考《中国营养学会人体微量元素摄入标准》和美国环境保护署风险评估方法,结合我国居民饮食特点,推荐了小麦籽粒微量元素适宜推荐范围,评价了我国小麦籽粒微量元素营养现状;分析了土壤基础理化性质对土壤微量元素有效性和籽粒微量元素含量的影响。主要结果如下:1、我国主要麦区土壤有效铁含量介于1.8-612 mg kg,平均为49.1 mg kg,8.9%的样品低于缺铁临界值4.5 mg kg,主要集中在北方和西北麦区的山西、陕西和甘肃等地,西南和长江中下游麦区有效铁较高。土壤有效锰介于0.1-176 mg kg,平均为22.1mg kg,低于缺锰临界值5 mg kg的样本占6.9%,缺锰土壤分布在西北和北方麦区的山西、陕西、甘肃和内蒙古等地,西南和长江中下游麦区有效锰较高。土壤有效铜介于0.1-10.8 mg kg,平均为1.9 mg kg,仅1.8%样本未达到缺铜临界值0.5 mg kg。土壤有效锌介于0.1-26.0 mg kg,平均为1.4 mg kg,14.3%的样本低于缺锌临界值0.5 mg kg,分布在西北和北方麦区的山西、陕西、甘肃和内蒙古等省份,云南和贵州等西南麦区的有效锌较高。2、基于随机森林重要性排序和相关性分析,p H对土壤有效铁的影响最重要,且两者呈极显著负相关(r=-0.734),硝铵态氮和速效钾的重要性较低;对于土壤有效锰,仍是p H的影响重要性最大,两者呈极显著负相关(r=-0.726),其次为铵态氮和有效铁,全氮和有效锌对有效锰影响的重要性较低;对于土壤有效铜,有效铁是最重要的影响因素,两者呈极显著正相关(r=0.355),速效氮磷钾对有效铜影响的重要性较低;对于有效锌,所有土壤因子对其影响的重要性均不足0.2,它们之间的相关性系数也较低,有效磷和有效铜对有效锌的影响相对较高且均呈极显著正相关(r=0.251、r=0.257)。3、我国小麦籽粒铁含量平均43.8 mg kg,72.9%样本低于铁的推荐量下限50 mg kg,所有样品低于推荐量上限140 mg kg,除黑龙江和贵州部分地区外,其余地区籽粒铁普遍缺乏。籽粒锰含量平均43.0 mg kg,4.1%样本低于推荐锰含量下限22 mg kg,23.7%样本高于推荐上限值50 mg kg,安徽南部和黑龙江的部分样品超过推荐值上限。籽粒铜含量平均为4.6 mg kg,7.6%样本低于推荐量下限3 mg kg,所有样品低于推荐量上限10 mg kg。籽粒锌含量平均31.4 mg kg,85.8%的样本低于推荐量下限40 mg kg,4.1%样品高于50 mg kg的推荐量上限,除安徽南部和重庆部分样品外,其余籽粒锌含量普遍不足。籽粒硼含量平均1.2 mg kg,低于推荐量下限0.8 mg kg的样本占29.2%,主要分布在西南麦区,所有样品均低于推荐值上限10 mg kg。籽粒钼含量平均0.5 mg kg,18.8%的样品钼含量低于推荐量下限0.2 mg kg,主要分布在长江中下游和西南麦区,仅有0.4%的样品高于推荐值上限2 mg kg。4、基于随机森林重要性排序和相关性分析,土壤p H对于籽粒铁影响的重要性最高,两者呈极显著负相关(r=0.-242),其次为速效钾;对于籽粒锰,p H对其影响的重要性较高,两者呈极显著负相关(r=-0.526),其次为有效锰;对于籽粒铜,p H对其影响重要性较高,两者呈显著负相关(r=-0.077),其次为有效磷;对于籽粒锌,有效磷对其影响重要性最高,两者显著负相关(r=-0.070);对于籽粒硼,有效铁对其影响的重要性最高,两者极显著负相关(r=-0.206),其次为有效锌。对于籽粒钼,有效锰对其影响的重要性最高,两者极显著负相关(r=-0.474),其次为p H。综上所述:我国麦田土壤有效铁锰铜锌含量区域变异大,铁、锰、锌不足现象以北方石灰性土壤为主,南方麦田供应充足,所有麦田土壤有效铜可满足小麦铜需求。土壤p H对有效铁、锰含量贡献最大,有效铁是决定铜有效性的重要因素,影响有效锌的主要因素是有效磷和有效铜。小麦籽粒微量元素含量也存在区域变异,铁和锌含量普遍偏低,部分地区硼和钼含量不足,锰含量偏高,铜含量基本在推荐范围内。土壤p H对小麦籽粒铁、锰和铜含量贡献最大,籽粒锌主要受